智能大厦保安监控系统研究报告

智能大厦保安监控系统可行性研究报告
编写日期：2014年8月
目录
一、技术领域及研发必要性分析 (3)
1.1技术相关 (3)
1.2系统研发背景 (3)
1.3技术必要性分析 (4)
二、内容与可行性分析 (5)
2.1技术基本原理 (5)
2.1.1保安监控系统设计要求 (5)
2.1.2 保安监控系统的组成 (5)
2.1.3总体设计方案 (15)
2.1.4方案论证及参数计算 (17)
2.2 保安监控系统的硬件设计 (21)
2.2.1 硬件总体设计方案 (21)
2.2.2 单片机系统原理 (21)
2.2.3 矩阵切换控制器部分 (23)
2.2.4云台摄像头控制部分 (24)
2.2.5 摄像头编址部分 (24)
2.2.6 云台控制器RS485通信接口电路 (25)
2.2.7视频输入输出缓冲部分 (26)
2.2.8 矩阵切换控制器RS232电平与TTL电平转换电路 (27)
2.2.9 PC机RS232与RS485接口转换电路 (28)
2.3智能保安监控系统的软件设计 (29)
2.3.1主体控制部分 (29)
2.3.2矩阵切换器部分 (31)
2.3.3摄像头控制部分 (33)
2.4关键技术及创新点 (35)
三、市场需求与风险分析 (37)
3.1市场需求分析 (37)
3.2风险分析与对策 (37)
3.2.1风险分析 (37)
3.2.2风险对策 (39)
四、经济效益与社会效益 (43)
4.1经济效益分析 (43)
4.2社会效益分析 (44)
五、总结 (46)
一、技术领域及研发必要性分析
1.1技术相关
技术名称：智能大厦保安监控系统
持有人：
1.2系统研发背景
国际智能建筑的发展大概经历了四个阶段，第一阶段是1985年～1990年的单一功能专用系统阶段，这一阶段只能选择一种或几种最重要的设备在中央监控室内显示与操作，而大多数设备仍需在现场操作和记录；第二阶段是1990年～1995年的多功能系统综合阶段，在这一阶段中，由于微电脑技术的发展，所有的设备状态都可以显示于中央控制室内，大大提高了效率，但大部分的系统运算及处理功能，需要集中到中央控制室内由计算机主机进行处理；第三阶段是1995年～2000年系统集成阶段，这一阶段中，原来由中央监控主机完成的功能，可以由一些低价格、高处理能力的现场控制器所取代，因此，中央监控主机的功能也扩大到集中监视、集中管理、分散式控制。

第四阶段是目前正在进行的一体化集成管理系统阶段，其体系结构分为中央监控管理级、部门监控（分层）管理级和现场信息采集与控制级三层，通过系统一体化的公共高速通讯网络，同时在整个大厦内采用统一的计算机操作平台，运行和操作在同一个界面环境下，以实现集中监视、控制和管理的功能。

经过多年来不断的探索和发展，国外在智能建筑领域已经取得了相当大的成绩，智能化程度较高。

其产品在系统实时性、可靠性、安全性等方面都达到了很高的水准，同时，在监控界面的显示、报表/趋势图的生成、实时数据的管理、与现场控制器的实时数据传递以及远程监控、智能化控制（专家控制）等方面都取得了突破性的进展并且发展日趋成熟，已经形成了包括美国霍尼韦尔、瑞士能得等公司在内的一系列智能楼宇监控系统产品，并已经应用于世界上很多国家的智能建筑中，且运行状况良好。

近年来我国智能建筑行业得到了迅速发展，呈现出巨大的市场潜力，社会效益和经济效益不断提高，对于改造和提升传统建筑产业和改善人民生活水平起了积极作用。

经过多年对智能建筑的设计、评审、施工管理及验收评测，智能建筑在我国已经过了从无序到有序的发展过程，从知道不多到全面认识的过程，如今已进入发展阶段。

1.3技术必要性分析
随着通信技术，控制技术和计算机网络技术得飞速发展和普及应用，智能化建筑在逐步发展壮大，信息基础设施建设步伐也在加快，如何使小区拥有一个高效的舒适、温馨、便利的环境，又能满足不断变化得使用者得需要，对小区实现统一、有序、智能化、网络化管理，这是小区安全管理急需的问题。

智能大厦保安监控系统的功能是利用现代化技术，现代计算机技术、现代通信技术和现代图形显示技术实现的，此系统以小区报警只指挥中心为枢纽，以出入口控制系统、家庭防盗报警系统、闭路电视监视系统、停车场管理系统、电梯控制系统等为主构成，形成一个有线和无线结合，固定目标与移动目标结合得多功能、全方位、智能化、系统化的报警指挥中心网络系统，向小区各个用户提供全方位优质可靠的安全服务。

各个系统既能独立工作，又能在电脑控制下连成一个有机体，有效地实现技术防范和人员防范相结合得目标，达到大厦的保安智能化，确保小区安全。

二、内容与可行性分析
2.1技术基本原理
2.1.1保安监控系统设计要求
图1.1 保安监控系统结构图
典型的保安监控系统主要由前端设备和后端设备这两大部分组成，其中后端设备可进一步分为中心控制设备和分控制设备。

前、后端设备由多种构成方式，它们之间的联系可通过电缆、光纤或微波等多种方式来实现。

电视监控系统由摄像部分、传输部分、控制部分以及显示和记录四大块组成。

如图1.1所示，在每一部分中，又含有更加具体的设备或部件。

2.1.2 保安监控系统的组成
2.1.2.1摄像部分
摄像部分一般安装在监视现场,它一般包括摄像机、镜头、防护罩、支架和云台等。

它的作用是对监视区域进行摄像并将其转换成电信号。

（1）摄像机
摄像机分为彩色和黑白两种，一般黑白摄像机要比彩色的灵敏度高，比较适合用于光线不足的地方，如果使用的目的只是监视景物的位置和移动，则可采用黑白摄像
机；如果要分辨被摄像物体的细节，比如分辨衣服或景物的颜色，则选用彩色的效果会较好。

摄像机的规格大致可分为1/3〞、1/4〞、1/2〞和2/3〞等，安装方式有固定和带云台二种。

（2）镜头
常用的镜头种类包括：手动/自动光圈定焦镜头和自动光圈变焦镜头两种。

手动光圈镜头---所需监视的环境照度变化不大，如室内。

自动光圈镜头---所需监视的环境照度变化大，如室外。

广角镜头---监视的角度较宽，距离较近。

标准镜头---监视的角度和距离适中。

常用的变焦镜头分为10倍、6倍和2倍变焦镜头，另一种分法是：手动变焦和电动变焦（电动光圈和自动光圈）两种。

变焦镜头在规则上可以划分为：1/3〞、2/3〞、1/2〞和1〞等。

选择变焦镜头的原则是：镜头的规格不应小于摄像机的规格，也就是说1/2〞的镜头可以与1/3〞的摄像机一起使用，但是1/3〞的镜头就不能够在1/2〞的摄像机上使用。

（3）防护罩
防护罩也称防尘罩，它的作用是用来保护摄像机及镜头不受诸如有害气体、天气、灰尘及人为有意破坏等环境条件的影响。

防护罩的分类有室内型、室外型、空调型、防爆型、防尘型及高度安全型、装饰型、隐蔽型等。

根据实际的使用环境和具体的用途选择合适的防护罩是很重要的。

室内型防护罩的要求比较简单，其主要功能是保护摄像机，能防尘，能通风有防盗、防破坏功能。

有时也考虑隐蔽作用，不易察觉。

带有装饰性的隐蔽防护外罩也经常被利用。

例如带有半球形玻璃防护罩的CCD摄像机，外形类似一般照明灯具，安装在室内天花板或墙上。

室外防护罩比室内防护罩要求高，其主要功能有防尘、防晒、防雨、防冻、防结露和防雪能通风。

室外防护罩一般配有温度继电器，在温度高时自动打开风扇冷却，低时自动加热。

下雨时可以控制雨刷器刷雨。

（4）云台
云台是安装、固定摄像机的支撑设备，它分为水平和全方位云台两种。

水平云台适用于监视范围不大的情况，在水平云台上安装好摄像机后可调整摄像机俯仰的角度，达到最好的监视角度后可遥控水平旋转。

全方位云台适用于对大范围进行扫描监视，它可以大大增加摄像机的监视范围。

云台高速姿态是由两台执行电动机来实现，电动机接受来自控制器的信号精确地运行定位。

在控制信号的作用下，云台摄像机既可自动扫描监视区域，也可在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。

一般来说，水平旋转角度为0°～350°，垂直旋转角度为+90°。

恒速云台的水平旋转速度一般在3°～10°/s，垂直速度为4°/s左右。

变速云台的水平旋转速度一般在0°～32°/s，垂直旋转速度在0°～16°/s左右。

在一些高速摄像系统中，云台的水平旋转速度高达200°/s以上，垂直旋转速度在30°/s以上。

图1.2 室内外全球云台YA 5409K
技术规格：
Y5409K为全天候环境设计，内置全方位云台。

安装方式可选择壁、吊装（吊杆长度可任选）。

结构设计为双层罩，起到遮阳作用，专用支架WS2741,WS2700-XX。

独特的双层罩间加排风扇结构可增加空气流速，便于排风散热，降低球内温度同一机型可根据环境及用户需求的不同配置有：
YA5409K（V1.0版本）普通球型云台
YD5409K（V2.0版本）含内置解码器的普通球型云台
YP5409K（V3.0版本）含内置解码器且带有预置功能球型云台
YB5409K 含固定摄像机支架
YH5409K为高速智能球型摄像机，内置高速预置云台及解码器
（5）解码器
解码器完成对摄像机镜头，全方位云台的总线控制。

变焦镜头通常有光圈、聚焦、变焦3个电机，可以正反向旋转，6个动作分别称为:光圈大、光圈小、聚焦远、聚焦近、变倍长和变倍短。

变焦镜头的电机大部分是直流电机，直流电机加反相电压后就会倒转，3个电机如果用一个公共接地端，共有4根控制线.
电动云台通常有水平旋转和俯仰两个电机，也可以进行正反向旋转，4个动作分别称为上、下、左、右。

电动云台的电机大部分是交流电机，这种电机有两个绕组，两个绕组有一个公共端，当一个绕组接交流电压时，另一绕组经移相电容接人交流电压，当交流电压分别从两个绕组接人时，电机正向、反向旋转。

两个电机的公共端接
在一起，共有5根控制线。

当摄像机与控制台距离比较近时，可用直接控制方式来操作摄像机，这时可用多芯电缆将10个动作的控制电压从控制室传到摄像机处。

变焦镜头的3个直流电压需要4芯控制线，电动云台两个交流电机需要5芯控制线，一共要9芯控制线。

如果再加上电源控制、雨刷控制就须用13芯电缆。

用多芯电缆传送电动云台和变焦镜头的控制电压原理简单，工作可靠，但其缺点是浪费线材，且有很多能量消耗在传输电缆上，因此只适于近距离使用，一般不超过100m。

当摄像机与控制台之间的距离超过100m时，则采用总线编码方式来操作摄像机，一个摄像机的电动云台和镜头配备一个解码器，解码器主要是将控制器送来的串行数据控制代码转换成控制电压，从而能正确自如地操作摄像机的电动云台和镜头。

目前控制距离较远的，电动云台和变焦镜头较多的场合，常用上述方式，控制电缆可由13芯改为2芯，电机的驱动电源就地供给，避免了电机驱动电源长途传送时的能量损失。

解码器除了对摄像机的电动云台和变焦镜头进行控制以外，有的还能对摄像机电源的通/断进行控制。

2.1.2.2控制部分
在智能大厦中，闭路电视系统中的信息量与信息处理的工作量都很大，因此其控制台的操作一般都采用了计算机系统，以用户软件编程的全键盘方式来完成驱动云台巡视、视频切换、报警处理、设备状态自检等工作。

现在推出的数字视频监控报警系统采用计算机多媒体技术，以CCD摄像机作为报警探头，摄像机将获取的视频信号传输到主机，主机里的高速图像处理器进行数字化处理，将视频信号形成的图像与背景图像进行分析比较，若发现有差异就报警，因为这是一种全屏幕报警，因而不易漏报。

同时主机自动采集报警图像并存入计算机，事后用户可根据时间、地点随时查阅报警现场的图像，以了解报警原因。

系统将电视监控系统与报警合二为一，实现了监视、报警与图像记录的同步进行，而且这种系统中没有录像机，没有视频分配器，一切报警记录都在计算机的硬盘内，所有操作都根
据屏幕上的软件提示动作，对使用者来说是一种全新概念的安全防护系统。

控制系统的切换方式主要有如下2种：
（1）单步切换方式：使用控制键盘把任一路输入视频信号切换到主监视器上。

（2）顺序切换方式：使用控制键盘编制的顺序切换方式程序，把系统中若干路输入视频信号编为一个程序，程序运行时，其画面可按预先设定。

2.1.2.3传输部分
传输系统包括视频信号和控制信号的传输。

视频信号的传输可用同轴电缆、光纤或双绞线，用双绞线传输时需可视频转换适配器。

控制信号的传输方式包括：
直接控制：控制中心直接把控制量，如云台和变焦距镜头的电源电流等，直接送入被控设备。

特点是简单、直观、容易实现。

在现场设备比较少，主机为手动控制时适用。

但在被控的云台、镜头数量很多时，控制线缆数量多，线路复杂，所以在大系统中不采用。

多线编码的间接控制：控制中心把控制的命令编成二进制或其它方式的并行码，由多线传送到现场的控制设备，再由它转换成控制量来对现场摄像设备进行控制。

这种方式比上一种方式用线少，在近距离控制时也常采用。

通讯编码的间接控制：随着微处理器和各种集成电路芯片的普及，目前规模较大的电视监控系统大都采用通信编码，常用的是串行编码。

它的优点是：用单根线路可以传送多路控制信号，从而大大节约了线路费用，通讯距离在不加中间处理情况下达可达1km公里以上，加处理可传10Km以上。

这样就克服了前面两种方式的缺陷。

本系统采用此种控制。

除了以上方法外，还有一种控制信号和视频信号复用一条电缆的同轴视控传输方
式。

这种方式不需另铺设控制电缆。

它的实现方法有两种：一种是频率分割，即把控制信号调制在与视频信号不同的频繁范围内，然后同视频信号一起传送，到现场后再把它们分解开；另一种方法是利用视频信号场消隐期间传送控制信号（同轴视控）。

这种方法在短距离传送时明显比其它方法要好，但设备的价格相对也比较昂贵。

2.1.2.4显示与记录
显示与记录设备安装在控制室内,主要有监视器、硬盘录像机和一些视频处理设备。

现在有一种电视监控系统把云台、变焦镜头和摄像机封装在一起组成一体化摄像机。

它们配有高级的伺服系统，云台具有很高的旋转速度，还可以预置监视点和巡视路径。

平时按设定的路线进行自动巡视，一旦发生报警，就能很快地对准报警点，进行定点的监视和录像。

一台摄像机可以起到几个摄像机的作用。

（1）图像监视器
监视器是保安监控系统的终端显示设备。

整个系统的状态最终都要体现在监视的屏幕上，监视器的优劣直接影响着整个系统的最终效果，所以监视器在电视监控中与摄像机、控制设备等占有同样重要的地位。

监视器的选择:
1)保安监控系统至少要有两台监视器，一台做切换固定监视用，另一台做时序切换或多画面监视用。

监视器宜采用14in~Zlin屏幕的监视器，特别是多画面显示的，应尽可能大一些。

2)黑白监视器的水平清晰度应大于600线，彩色监视器的水平清晰度应大于400线。

3)在选择监视器时，一定要根据实际情况或条件，选择技术指标合适的监视器。

4)同样尺寸的监视器性能远好于电视机，但价格也高于电视机很多，有时根据用户的要求也可采用电视机作监视器，有特殊要求时，还可采用大屏幕电视机或投影电
视作为监视器。

5)选择监视器必须与系统安装的摄像机制式性能相一致。

6)还要考虑监视器本身的安装环境、条件等。

7)数字记录电视监控系统都选择电脑显示器作为监视器。

（2）录像机
录像机是保安监视系统中的记录和重放装置，它要求可以记录的时间非常长，目前大部分监视系统专用的录像机都可以录24h～960h的录像。

此外，录像机还必须要有遥控功能，从而能够方便地对录像机进行远距离操作，或在闭路电视系统中用控制信号自动操作录像机。

闭路电视监视系统中专用录像机是间歇式视频录像机，它有多种时间间隔录像模式，在一盘1/2英寸VHS/E180的盒带上，最长可以录制长达960H的录像。

录像机内设有字符信号发生器，可在图像信号上打出月/日/年/星期/时/分/秒/录像模式，还能在图像上显示出摄像机与报警器的编号与报警方式。

使用自动录像周期设定功能，可以对一星期内每一天的录像模式进行编程。

当收到报警信号后，录像机便自动进入连续录像状态，在无报警情况下，恢复正常间歇录像模式。

此外，录像机还有一个锁定保护键，使非正常指令与操作无效，防止非专业人员与破坏性操作侵犯闭路电视监视系统。

（3）视频切换器
在保安监控系统中，摄像机数量与监视器数量的比例在2:1到5:1之间，为了用少量的监视器看多个摄像机，就需要用视频切换器按一定的时序把摄像机的视频信号分配给特定的监视器，这就是通常所说的视频矩阵。

切换的方式可以按设定的时间间隔对一组摄像机信号逐个循环切换到某一台监视器的输入端上，也可以在接到某点报警信号后，长时间监视该区域的情况，即只显示一台摄像机信号。

切换的控制一般要求和云台、镜头的控制同步，即切换到哪一路图像、就控制哪一路的设备。

（4）多画面分割器
在大型的闭路电视监视系统中摄像机的数量多达数百个，但监视器的数量受机房面积的限制要远远小于摄像机的数量，而且其数量大多也不利于值班人员全面巡视。

为了实现全景监视，即让所有的摄像机信号都能显示在监视器屏幕上，就需要用多画面分割器。

这种设备能够把多路视频信号合成为一路输出，进入一台监视器，这样就可在屏幕上同时显示多个画面。

分割方式常有4画面、9画面及16画面。

使用多画面分割器可在一台监视器上同时观看多路摄像机信号，而且它还可以用一台录像机同时录制多路视频信号。

有些较好的多画面分割器还具有单路回放功能，即能选择同时录下的多路信号视频信号的任意一路在监视器上满屏放像。

（5）视频分配放大器
在保安监控系统中，视频信号配接的标准阻抗是750。

，视频信号输出的标准电平是IVp一p(峰值)正极性，其中图像信号是0.7vp一p，同步信号是0.3vP一p，这在视频设备的设计及系统设备的配置时要注意，否则会引起信号失真或反射、重影等。

在视频信号分配时，尤其要遵守信号幅度相适应和阻抗匹配原则。

有时电梯中的监控摄像为克服电梯变频系统频率接近视频信号而产生的干扰，可将视频信号调制成射频传送后再解调成视频信号。

电视监控系统中心控制室(机房)的视频信号都来自各摄像机，并由750同轴电缆送人机房。

当一路视频信号只送到一个监视器时，可直接把750同轴电缆送来的视频信号接到监视器的视频输入端，监视器输入阻抗开关拨到750即可。

视频分配放大器可将接收到的每一路视频输入信号复制成同一振幅的多个输出信号。

如CM9760一MDA型视频分配放大器，有十六路视频输入，每个输入有四路视频输出。

在这里只把监视器作为视频设备来举例，对于其他视频设备(如录像机等)的配接，也同样要用上述方法来处理。

2.1.2.5串口通信
串口通信分为串口同步通信和串口异步通信。

同步通信指通信双方以相同的速率进行，而且要准确的协调好，这种通信在时钟同步方面要求非常苛刻，对硬件及软件设计均有相当高的要求，因此对一般设计者并不实用，异步通信指不要求双方进行速率同步，通信双方只需要遵循相互设定的异步通信协议（可以简单的对单片机或微机的操作寄存器进行设置加以实现），就可以实现双方通信，因而受到一般设计者的普遍欢迎，下面以系统中底层通信的应用为向导，具体介绍单片机和微机的串口通信。

微机RS-232串口与RS-485串口通信
微机RS-232串口有DB25和DB9两种接口类型，主要功能与引脚接口图如图 2.3。

系统采用DB9类型的串口，RS-485总线接口是一种常用的串口，具有网络连接方便、抗干扰能力强、传输距离远等优点。

RS-485收发器采用平衡发送和差分接受，因此具有抑制共模干扰的能力，加上收发器具有高的灵敏度，能检测到低达200mv的电压，可靠通信的传输距离可达数千米。

使用RS-485总线组网，只需要一对双绞线就可以实现多系统联网构成分布式系统、设备简单、价格低廉、通信距离长。

图1.3 微机串口引脚功能图
此外，RS-232与RS-485总线信号的逻辑电平定义是不一样的，因此计算机系统要接收或发送RS-485总线上的数据帧信息，就要进行信号电平的转换，转换的详细
电路在硬件设计中详细说明。

（2）单片机RS-485多机通信
RS-485采用平衡发送和差分接收方式来实现通信，在发送端TXD将串行口的TTL 电平信号转换成差分信号A、B两路输出，经传输后接收端将差分信号还原成TTL电平信号。

两条传输线通常使用双绞线，又是差分传输，因此有极强的抗共模干扰的能力，接收灵敏度也相当高。

同时，最大传输速率和最大传输距离也大大提高。

如果以100Kbps速率传输数据时距离可达1.2km如果降低波特率，传输距离还可以进一步提高。

另外RS-485实现了多点互联，最多可挂256台分机，非常便于多器件的连接。

不仅可以实现半双工通信，还可以实现全双工通信。

在由单片机构成的多机串行通信系统中，一般采用主从式结构：从机不主动发送命令或数据，一切都由主机控制。

并且在一个多机通信系统中，只有一台单片机作为主机，各从机之间不能相互通讯，即使有信息交换与必须通过主机转发。

采用RS-485构成的多机通讯原理图，如图1.4所示。

图1.4 多机通信原理图
2.1.3总体设计方案
系统主要参数如下：
（1）监控建筑楼层10层，每层6套房间；。